Física

Dependemos de la luz que generamos de mil maneras diferentes. Sin embargo, todas ellas se reducen a un principio básico, mover los electrones dentro de un átomo.
Dentro de las radiaciones electromagnéticas solo una pequeña franja de longitudes de onda (entre 380 y 780 nanómetros) forman el espectro visible, lo que conocemos como luz. Entender el mecanismo para generarla nos obliga a descender hasta el nivel de los átomos. Dentro de ellos nos encontramos a los electrones que forma parte de su estructura. Su posición no es fija y varia en función de la energía de poseen, pero su tendencia natural es reducir su nivel de energía al mínimo y para ello deben desprenderse de cualquier exceso. ¿Su método? Exacto. Emitir radiaciones.
Para lograr que un material emita radiación, algo debe proporcionar a los electrones energía suficiente para llegar a órbitas superiores de forma que, al decaer de forma natural, la emitan como radiación. A lo largo de la historia la humanidad ha probado todo tipo de métodos pero podemos resumirlos en solo cinco.

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La semana pasada conté mis problemas colocando un espejo. Siendo una material tan frágil no vendría mal que desarrollasen un material plástico suficientemente bueno para sustituir al cristal. Pero el desarrollo más curioso esta siendo la utilización de líquidos como espejos, tanto en grandes telescopios como en las pequeñas lentes de un teléfono.

Un lago o un remanso de un río fueron durante mucho tiempo los únicos espejos. Una capa de líquido tranquila y lisa servia para reflejar las imágenes. Por eso no es extraño que, desde Isaac Newton , se pensase en utilizar líquidos para sustituir a las lentes, mucho mas caras, delicadas y difíciles de pulir. El candidato ideal era el mercurio, un metal liquido, fácil de manejar y con buenas propiedades ópticas. Aunque, a cambio, sea bastante tóxico.

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Esta semana colocamos un espejo cuadrado en baño. En el proceso ha terminado con una pequeña grieta en una esquina, señal de no somos demasiado “manitas”, y eso me ha hecho recordar como unas ventanas cuadradas contribuyeron a cambiar la historia de la aviación.
El británico De Havilland Comet fue el primer reactor de pasajeros. Creado en 1952 servia de estandarte de la tecnología aeronáutica británica superior, en ese momento, a la de los rusos y norteamericanos. Su precioso diseño, con los motores integrados en las alas, llamaba la atención de los pasajeros. Por desgracia, sus diseñadores decidieron, también por razones puramente estéticas, que las ventanas debían ser cuadradas.

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Hay 9.000 millones de toneladas de oro disueltas en mar. Y cantidades aun mayores de uranio o de casi cualquier metal que nos interese. El problema es que están disueltos. Su extracción no es rentable porque el coste energético es excesivo. Y algo parecido puede acabar pasando con el petróleo y otras fuentes de energía.

Es impresionante observar las gigantescas plataformas petrolíferas capaces de extraer petróleo a grandes profundidad. Como la Petronius . Una plataforma de más de 600 metros de altura anclada y 43.000 toneladas de peso que esta anclada en un lecho marino situado 500 metros por debajo. Se esta trabajando en pozos que extraer el petróleo a entre 3000 y 5000 metros de profundidad. Incluso se realizan estudios para encontrar y extraer petróleo bajo tres mil metros de agua y cinco kilómetros de lecho marino . Pero el coste energético de perforar hasta esa profundidad es alto. Y cuando el petróleo empieza a agotarse es habitual bombear agua para ayudar a extraerlo. El resultado es que, en los últimos años, el ratio entre la energía extraída y la utiliza en el proceso ha caído desde 25 a 1 hasta solo 15 a 1 . Es el llamado “retorno energético de la inversión” y puede ser un criterio más importante que la simple rentabilidad económica. El problema no es solo que el petróleo se agote o se vuelva más caro. Si el coste energético sigue subiendo puede ser mejor dejarlo bajo tierra que intentar extraerlo.

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Es interesante ver como una simple sartén de cocina puede hablarnos de sistemas caóticos, de tensión superficial y de la gravedad con la ayuda de una gota de agua. El experimento es tan sencillo que seguro que la mayoría lo habéis hecho aunque sea de forma involuntaria. Dejar caer una gota de agua sobre una sartén caliente y, en muchas ocasiones, la gota comenzará a saltar y moverse violentamente por su superficie.
Es el llamado efecto Leidenfrost que, en el caso del agua, se produce sobre una superficie que se encuentre entre 200 – 300 grados centígrados. Una explicación simplificada es que parte del agua se evapora en contacto con la superficie formando una capa de vapor. La tensión superficial atrae al resto de moléculas formando una gota cuyas características dependen del líquido y de la superficie. Y la gravedad, además de afectar a la forma de la gota, la mantiene pegada a la superficie evitando que salga disparada como un cohete. Así que el vapor solo puede escapar por los bordes, provocando el movimiento caótico de la gota en dirección contraria.

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La semana pasada hablamos de los problemas que la radiación genera para los viajes espaciales. Era necesario pensar en una forma ligera y eficaz de proteger a los astronautas. Y un poco de plasma puede venir en nuestra ayuda.

El plasmaes una mezcla de electrones y átomos ionizados que podemos ver en lámparas como la de la foto. Personalmente me encantan, otra razón para pensar que soy irremediablemente friki. Aunque no sea tan espectacular, cualquier tubo fluorescente forma un plasma en su interior al aplicarle una corriente eléctrica. Y como ya comentamos, una capa de plasma sobre la atmósfera ayuda a protegernos de buena parte de las radiaciones que sufriría un astronauta de viaje a Marte.

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Es una imagen tan bonita que no he podido resistirme a ponerla. Si recordáis ya hablamos de los problemas de utilizar teleobjetivos y no decirlo en un problema de escala. Con una idea similar y mucha, mucha paciencia se ha conseguido esta imagen de Marte “amaneciendo” sobre la Luna.

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No, no se trata de los socorridos escudos de las películas de ciencia-ficción. Estos son más sencillos, menos poderosos pero pueden ser tremendamente útiles para proteger a los astronautas en un futuro pero probablemente lejano viaje a Marte.
Existe una posibilidad muy real de que la radiación sea un gran inconveniente en los viajes espaciales. Tanto que pueda incluso impedir los viajes espaciales de larga duración. Algunos cálculos indican que uno de cada 10 astronautas podría morir de cáncer por la radiación acumulada en el viaje de ida y vuelta a Marte. Aun peor, tal vez no puedan pisar Marte y mantenerse de pie. A la perdida de calcio debida a la falta de gravedad habría que sumar los daños causado por la radiación. Algunos experimentos con ratones sugieren que la radiación elimina gran parte de la resistencia de los huesos , pudiendo ocasionar graves casos de osteoporosis antes de llegar a Marte.

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El edificio más alto del mundo, el Taipei 101, tiene una altura hasta su techo de 449 metros, aunque añadiendo antenas y demás llega hasta los 509 metros. Para construirlo hizo falta un cuidadoso diseño y los mejores materiales. Pero ese diseño no es necesario para hacer una construcción de gran altura. Solo necesitamos los mejores materiales para hacer un edificio aprovechable internamente y soportar diferentes cargas internas y externas.

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Este texto es la continuación de ¡Y sin embargo vuelan! Un poco de teoría y Jugando con las alas.
Si todo lo anterior no os ha parecido suficiente podemos dedicarnos a modificar el fuselaje. Inicialmente los aviones no tenia fuselaje como el avión de los hermano Wright que vimos en la entrada anterior. Básicamente, porque bastante tenían con llevar el peso del piloto. Pero enseguida se les doto de un fuselaje por comodidad y mejor aerodinámica. Y surgió la necesidad, y la exigencia, de tener un fuselaje tan amplio y generoso como fuese posible.

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